材料的塑性变形
材料的塑性变形PPT课件
2(1 )
：材料泊松比，表示侧向收缩能力 3)弹性变形量随材料的不同而异 。 4)工程上，弹性模量是材料刚度的度量
三、弹性的不完整性
加载线与卸载线不重合、应变的发展跟不上应力 的变化。
1．包申格效应
材料经预先加载产生少量塑性变形（小于4％），而后同向加载则 σe升高，反向加载则σe下降。
2. 弹性后效
切过粒子时必然产生一割阶，而割阶会妨碍整个位错 线的移动。
§7－5塑性变形对材料组织与性能的影响
一、显微组织的变化 1.出现大量的滑移带或孪晶带 2.晶粒将逐渐沿其变形方向伸长 ,
纤维组织
二、亚结构的变化
三、性能的变化
1．加工硬化
金属材料经冷加工变形后，强度（硬度）显著提 高，而塑性则很快下降，即产生了加工硬化现象
2G
1
( 2W )
eb
2) 位错与位错的交互作用产生的阻力
3) 运动位错交截后形成的扭折和割阶
4) 位错与其他晶体缺陷如点缺陷，其他位错、晶 界和第二相质点等交互作用产生的阻力
1 110 是纯刃型位错，滑
6 移面为（001） Lomer-cottrell位错
（二）孪生
1. 孪生变形过程 晶体的一部分相对另一部分在切应力作用下，沿特 定的晶面与晶向产生一定角度的均匀切变
在弹性极限σe范围内，应变滞后于外加应力，并和时间 有关
3. 弹性滞后
应变落后于应力，在应力-应变曲线上使加载线与卸载线 不重合而形成一封闭回线
4.黏弹性
黏性流动是指非晶态固体和液体在很小外力作用下便
会发生没有确定形状的流变，并且在外力去除后，形变不
能回复。
d
dt
§5－2单晶体的塑性变形
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性
材料的塑性变形了解材料的可塑性特性材料的塑性变形是指在一定条件下，材料受到外界力作用而产生形状和尺寸的永久性改变的能力。
塑性变形是材料工程中非常重要的概念，我们需要深入了解材料的可塑性特性以便正确选择和应用材料。
本文将详细介绍材料的塑性变形和其可塑性特性。
一、材料的塑性变形概述在材料工程中，塑性变形是指在材料受到外力作用后，材料发生永久性变形的过程。
与之相对应的是弹性变形，即当外力作用消失后，材料恢复到原来的形状和尺寸。
材料的塑性变形主要表现为拉伸、压缩、弯曲、扭转等形式。
二、材料的可塑性特性1. 塑性变形能力：材料的可塑性特性主要体现在其对外力作用下发生塑性变形的能力上。
一般来说，金属材料更具有塑性变形能力，而脆性材料则相对较差。
2. 塑性变形的可逆性：与弹性变形不同，塑性变形是永久性的，即使外力作用消失，材料也无法完全恢复到原来的形状和尺寸。
这是材料可塑性特性的重要表现。
3. 塑性变形的抗性：材料的抗塑性变形能力与材料的应变硬化特性密切相关。
应变硬化是指材料在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，抵抗进一步变形的能力也随之增强。
4. 塑性变形的本质：材料的塑性变形是由于材料的晶体结构的滑移和位错运动所致。
在外力的作用下，晶体中的位错沿着晶体结构中的特定平面和方向移动，导致材料的塑性变形。
三、材料塑性变形的影响因素1. 温度：温度对材料的塑性变形有着重要影响。
一般来说，高温下材料的塑性变形能力增强，而低温则相对减弱。
2. 应变速率：应变速率是指材料在受外力作用下形变的速率。
较高的应变速率会导致材料的变形更加集中，容易发生塑性变形。
3. 结晶度：结晶度高的材料具有较好的塑性变形能力，而非晶态材料则相对较差。
4. 化学成分和加工方式：不同化学成分的材料在受力时表现出不同的塑性特性。
此外，材料的加工方式（如冷轧、热轧等）也会对塑性变形产生影响。
四、材料塑性变形实例1. 金属材料的塑性变形：金属材料是最常见的可塑性材料，广泛应用于工程领域。
材料的塑性变形
完整晶体原子排列位置
8
2.2 理想晶体的强度
假定在晶体特定的晶面及结晶向上施加切应力τ,引起晶体 上半部分相对于下半部分沿两层原子间MN面上移动,如图所示 ，在切应力作用下，势必引起MN面上原子同时移动，同时切 断MN面上所有的原子键，此过程为晶体的整体滑移，
上、下半晶体相对移动
9
2.2 理想晶体的强度
32
2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路
（2）柏氏矢量的性质与表示方法
柏氏矢量具有守恒性,具体表现在如下： ➢柏氏矢量与柏氏回路的起点、形状、大小和位置无关, 只要回路不与其他位错线或原位错线相遇，则回路所包 含的晶格畸变总量不会改变； ➢一条位错线具有唯一的柏氏矢量，即位错线各部分的 柏氏矢量均相同； ➢若几条位错线汇交于一点时，则指向节点的各位错的 柏氏矢量之和等于离开结点的各位错柏氏矢量之和，
螺形位错 示意图
26
（2）位错的类型
b.螺位错—几何特征
①位错线与原子滑移方向 平行；
②位错线（ZHOU）围原子 的配置是螺旋状的,即形成螺 位错后,原来与位错线垂直的 晶面，变为以位错线为中心 轴的螺旋面，
27
2.3.1 位错的基本概念（dislocation）
（2）位错的类型
c.混合位错
如果在外力τ作用下,两部分之间发生相对滑移,在晶 体内部已滑移部分和未滑移部分的交线既不垂直也不平 行于滑移方向（伯氏矢量b），这样的位错称为混合位 错，如下图所示，位错线上任一点，经矢量分解后，可 分解为刃位错与螺位错分量。
滑移面一侧质点相对于另一侧质点的相对滑移或畸变， 由伯格斯于1939年首先提出，故称为伯格斯矢量，简称 为伯氏矢量，
30
2.3.2 柏氏矢量与柏氏回路
材料力学性能塑性变形
S S (1 2 R a)[ln( 1 a 2 R)]
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.3.3 形变强化的实际意义
• 金属的加工硬化，对冷加工成型工艺是很重要 的。
• 对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工 硬化能力，零件具有抵抗偶然超载的能力，是 安全使用的可靠保证。
• 形变强化是提高材料强度的重要手段，尤其对 不能进行热处理强化的材料。
§3.3 真应力－应变曲线及形变强化规律
真应力—真应变加线可用Hollomon方程来表示：
S K
n
K－－强化系数；n－－应变强化指数。 由上式可知，n值越大，材料对继续塑性变形得抗力愈高。 大多数金属材料的应变硬化系数为0.05～0.5之间。 应变强化速率与n意义的区别：
S K
n
Mb 条件抗扭强度 b W
真实抗扭强度
4 dM k 3 [3M k k ( )k ] d0 d
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
扭转切应变
k d0
2l0
100%
对于塑性材料，因塑性变形很大，弹性变形可忽略， 上式求出的总应变看作残余切应变；对于脆性材料和 低塑性材料，弹性变形不能忽略，残余切应变还应减 去弹性切应变γy。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.2.3 应变时效 如果在屈服后一定塑性变 形处卸载，随即再拉伸加 载，则屈服现象不再出现， 若在卸载后在室温或较高 温度停留较长时间后再拉 伸，即物理屈服现象重现、 且新的屈服平台高于卸载 时应力—应变曲线。这种 现象称为应变时效。
《材料力学性能》 第三章 塑性变形
3.4.3 弯曲试验
1、弯曲试验分为三点弯曲和四点弯曲，试样主要有矩形 截面和圆形截面。
材料的塑性变形
移的方式称为“滑移系”。
典型晶格的滑移系
FCC
FCC： • 滑移面：{111}，共有四个有效滑移面 • 滑移方向：110，每个滑移面上有三个滑移方向 • 滑移系数目：{111}4<110>3=12 • 4*3=12个
1、材料什么时候屈服？
有一滑移系达到临界分切应力
2、取向因子与什么有关系？
各滑移系(滑移面及滑移方向)与F的位置关系
45
5.滑移时晶面的转动
• 5.滑移时晶面的转动
滑移 → 轴线偏离 → 夹头限制 → 晶 面转动
拉伸时转动结果：
（1）滑移面逐渐趋向轴向
（2）滑移方向逐渐趋向最大切应力 方向。
（3）试样两端受到夹头限制，会出 现晶面弯曲。
塑性变形的方式
通常发生塑性变形的方式有：滑移、孪生、扭 折。 其中滑移是金属晶体材料塑性变形的基本方式。
一 滑移概念
滑移：滑移是在外力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面(滑移面)的一定方向(滑移方向)相对于晶体的 另一部分发生的相对滑动
➢ 1. 滑移现象
➢ 将表面抛光过的试样进行拉伸，当应力超过材料的 屈服极限时，产生一定的塑性变形后即取下进行观 察，在光学显微镜下可以清晰地看到与拉伸轴成一 定角度的平行线条。
36
滑移系对性能的影响
➢ 滑移系愈多，晶体发生滑移的可能性愈大，材料的 塑性愈好，并且，其中一个滑移面上存在的滑移方 向数目比滑移面数目的作用更大。
➢ 在金属材料中，具有体心立方晶格的铁与具有面心 立方晶格的铜及铝，虽然它们都具有12个滑移系， 但铁的塑性不如铜及铝。
➢ 具有密排六方晶格的镁及锌等，因其滑移系仅有3个， 故其塑性远较具有立方晶格的金属差。
工程材料 5 塑性变形
(c) 变形80%
2. 亚组织的细化 塑性变形使晶粒碎化，内部 形成更多位向略有差异的亚晶粒 （亚结构），在其边界上聚集着 大量位错。 3. 产生形变织构 由于塑性变形过程中 晶粒的转动，当变形量达 到一定程度（70％～90％） 以上时，会使绝大部分晶 粒的某一位向与外力方向 趋于一致，形成织构。
产生加工硬化
由于塑性变形的变形度增加， 使金属的强度、硬度提高，而塑 性下降的现象称为加工硬化。
二、冷塑性变形对金属组织的影响 1. 形成纤维组织 金属在外力作用下产生塑性变形时，随着外形变化，而且其 内部的晶粒形状也相应地被拉长或压偏。当变形量很大时，晶粒 将被拉长为纤维状。
(a) 未变形
(b) 变形40%
2. 再结晶退火
把冷变形金属加热到再结晶温度以上，使其产生再结晶的热处 理称为再结晶退火。 生产中金属的再结晶退火温度比其再结晶温度高100～200℃。
三、晶粒长大
再结晶完成后，若继续升高加热温度或延长保温时间，金 属晶粒将继续长大是通过晶界的迁移进行的，是大晶粒吞食小 晶粒的过程。这是一个自发的过程。 影响晶粒大小的因素除加热温度和保温时间外，还有晶粒 原始尺寸、杂质的分布、预先变形度等。加热温度和预先变形 度影响最大。
晶粒粗大会使金属的强度，特别是塑性和冲击韧性降低。
1. 加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，保温时间越长， 金属晶粒越粗大。
黄铜再结晶后晶粒的长大
580º C保温8秒后的组织
580º C保温15分后的组织
700º C保温10分后的组织
2. 预变形度的影响
对一般金属，当变形度为2%～10%时，由于变形很不均匀， 会造成晶粒异常长大，应予避免。变形度过大（＞90%），因织 构，晶粒也会粗大。通常变形度为30%～60%。
材料的塑性变形1
8
2、滑移系 金属材料在切应力作用下，沿滑移面和滑移方向进行的切变
过程。 滑移面：面间距最大原子最密排晶面。 滑移方向：原子最密排的方向。 一个滑移面与其上的一个滑移方向组成一个滑移系。
滑移系越多，金属的塑性越好，但并不是唯一因素。 金属的塑性还受温度、成分和预先变形程度等的影响。
24
滑移：是靠位错沿滑移面的运动而实现的。 当位错移动到晶体表面时，便产生大小为 b 的滑移台阶，若
有大量位错沿滑移面上运动到表面，宏观上，晶体的一部分 相对另一部份沿滑移面发生了相对位移，这便是滑移。 滑移矢量与柏氏矢量 b 平行。
刃位错的滑移过程 a）原始态晶体，b，c）位错滑移中间阶段；d）位错移出晶体表面，形成一个台阶
上有2个滑移方向，共有6×2=12 滑移系。
11
bcc金属的滑移系：除｛110｝晶面族外，也可为｛112｝和 ｛123｝晶面族，此三种滑移面及其共同的滑移方向<111> 的组合，总共有48个可能的滑移系。
bcc金属滑移系虽较多（为fcc 4 倍多），但其滑移面原子密 排程度不如 fcc ，滑移方向数目也较少，故其塑性不如fcc金 属好。
即为滑移的临界分切应力定律。
c－临界切应力，为材料常数，
与晶体取向无关。
22
转动原因：晶体滑移后使正应力和切应力分量组成了力偶。 转动结果：使滑移面法线与外力轴夹角φ增大，使外力与滑
移方向夹角λ变小。
23
6、滑移机理: 若将滑移设想为刚性整体滑动，所
需理论临界切应力值比实测临界切 应力值大3～4个数量级。 实际上，滑移是通过滑移面上位错 的运动来实现的。
第七章 材料的塑性变形
第二节 单晶体的塑性变形
第 七 章 二 孪生 塑 （3）孪生变形的特点 性 变 形 第 二 节 单 晶 体 塑 变
相同点
晶体位向
第二节 单晶体的塑性变形
滑移
孪生
1 切变；2 沿一定的晶面、晶向进行；3 不改变结构。
不改变（对抛光面观察无 重现性）。
滑移方向上原子间距的整 数倍，较大。 很大，总变形量大。 有一定的临界分切压力 一般先发生滑移
第二节 单晶体的塑性变形
3 滑移的晶体学 （3）滑移的临界分切应力（c）
c：在滑移面上沿滑移方面开始滑移的最小分切应力。
(外力在滑移方向上的分解)
c＝scoscos
6
第 七 章 塑 3 滑移的晶体学 性 （3）滑移的临界分切应力（c） 变 形 c取决于金属的本性，不受，的影响； 第 或＝90时，s ； 二 ，＝45时，s最小，晶体易滑移； 节 c＝scoscos s的取值 软取向：值大； 单 晶 取向因子：coscos 硬取向：值小。 体 塑 变
7
第二节 单晶体的塑性变形
第 七 章 4 滑移时晶体的转动 塑 （1）位向和晶面的变化 性 拉伸时,滑移面和滑移方向趋于 平行于力轴方向; 变 压缩时，晶面逐渐趋于垂直于压力轴线。 形 第 （2）取向因子的变化 二 节 单 晶 体 塑 变
第二节 单晶体的塑性变形
几何硬化：，远离45，滑移变得困难； 几何软化；，接近45，滑移变得容易。
第四节 合金的塑性变形
二 多相合金的塑性变形 1 结构：基体＋第二相。 2 性能 （1）两相性能接近：按强度分数相加计算。 （2）软基体＋硬第二相 第二相网状分布于晶界（二次渗碳体）； a结构 两相呈层片状分布（珠光体）； 第二相呈颗粒状分布（三次渗碳体）。
《材料的塑性变形》课件
A coscosλ称取向因子或Schmid因子。
Schmidt定律：只有当作用在滑移面上沿滑移方 向的分切应力达到某一临界值时，晶体才开始滑 移。
外力在滑移方向的分切应力
τc = σs cosφ cosλ
对于某一滑移系，取向因子越大，分切应力也越大。 当λ= φ= 45 °时，即滑移面和滑移方向与作用力均为45°时， 在该滑移面滑移方向上分切应力最大。
τmax= σ/2 当τmax达到τc时，晶体发生滑移。此时σs 值最小, 且σs = 2τc。 等于、趋近此方位称为有利方位或软取向；远离此方向称为不 利方向或硬取向；处于软取向的滑移系首先发生滑移。
影响临界切应力的因素
1)金属的种类： 原子间结合力↑，位错移动的点阵阻力↑，τc↑。
2)化学成分： 溶质原子产生固溶强化，位错运动受阻。
扭折带的作用 1)协调变形：适应变形条件的约束,能引起应力松弛，使晶体不致断裂。 2)促进变形：改变取向,有可能处于软取向,促进滑移,进一步激发变形。
（a)孪生的作用使试样端部趋于产生相对位移； （b)协调扭折带的形成容许试样适应试验条件的约束
伴随孪晶的形成而产生的协调扭折带
形变带(Deformation Band)
3)变形温度： 温度↑， τc↓ 4)变形速度：
速度↑，τc↑
2 孪生
孪生(Twinning): 形成孪晶的过程：晶体在切应力的作用下,一
部分沿一定的晶面和一定的晶向相对于另一部分 发生的均匀切变。
例：面心立方晶体的孪生变形
（a）孪晶面和孪生方向 （b）孪生变形时原子的移动源自孪生和滑移比较滑移
孪生
● 材料为整体，需要有协调机制（扩散蠕变或位错滑移）。
材料的塑性变形
材料的塑性变形材料的塑性变形是材料力学学科中的一个重要概念，指的是材料在受力作用下发生的可逆性变形过程。
塑性变形是材料的一种特性，表现为材料在一定温度和应力情况下，发生塑性变形后不会恢复到原状态。
本文将从塑性变形的定义、性质、影响因素和应用领域等方面展开探讨。
材料的塑性变形是指材料在外力的作用下，呈现出形状的变化，这种变化是可逆的。
与弹性变形不同的是，塑性变形是在超过材料的屈服点后发生的，且发生塑性变形后，材料不会完全恢复到原来的形状。
塑性变形是材料内部晶格结构发生改变的结果，通过滑移、重结晶等机制实现。
塑性变形是材料力学中一个重要的研究对象，它与材料的性能密切相关。
在工程实践中，我们常常需要考虑材料在受力状态下的塑性变形性能，以确保材料在服役过程中不会发生意外事故。
此外，塑性变形还与材料的加工性能、成形性能等密切相关，因此对塑性变形的研究具有重要的理论和实际意义。
塑性变形的性质主要包括以下几个方面：1. 可逆性：塑性变形是可逆的，并且不会引起材料的永久形变。
2. 体积不变性：塑性变形并不改变材料的体积。
3. 定向性：塑性变形是有方向性的，取决于材料的晶体结构和加载方向。
塑性变形的影响因素主要包括应力、温度和变形速率等。
在一定温度条件下，应力越大，材料的塑性变形越明显；温度越高，材料发生塑性变形的能力越强；变形速率对于塑性变形的影响也非常显著，通常情况下，变形速率越大，材料的塑性变形越明显。
材料的塑性变形在工程实践中有着广泛的应用。
例如，金属材料的塑性变形性能直接影响着金属制品的成形性能；塑料制品的塑性变形特性决定了其在加工过程中的可塑性等。
因此，通过研究材料的塑性变形特性，可以指导工程实践中材料加工的选择和工艺优化，提高材料的利用率和产品质量。
总之，材料的塑性变形是材料力学中一个重要的研究领域，具有重要的理论和实际意义。
通过深入研究材料的塑性变形特性，可以有效地指导工程实践中材料的选择和制造过程，为优化材料性能和提高产品质量提供理论支持。
材料塑性变形
cosθcosλ称为取向因子，值大称为软取向， 材料的屈服强度低，反之为硬取向,屈服强度 高。取向因子λ+θ=90°相当于滑移方向位于 外力方向与滑移面法向所组成的平面，则 cosθcosλ=0.5sin2θ,θ=45°, 0.5sin2θ=0.5, cosθcosλ=0.5最大，称为软取向。 滑移面垂直于拉力轴或平行于拉力轴时，则在 滑移面上的分切应力为零。因此不能滑移。
ζ (011) ζ
ζ
[0 11]
1
[100]
2
[100]
例3：沿单晶铜[001]加拉伸载荷105pa,求[101] a b [101] 位错单位长度上受力大小和方向， 2 a=0.36mm. 2 2 z tx , t 2 =0,t z = 解：是一螺位错，
2 -a a 5 33 =10 pa,b x1 = ,b x3 = 2 2 M x1 0, M x 2 0, M x 3 33bx 3 F0 2 2 i j 0 0 k m z =- 33 b x3 2 2
四、单晶体的塑性变形
1，施密特定律 晶体发生变形，并不是12个滑移系都开始。一 个单晶体受拉伸，当拉力轴沿着一个晶向，只 有当外力在某个滑移方向上的切应力达到某一 临界值时，这一滑移系才开始(位错运动的应 力)，发生塑性变形，当有许多滑移系时，分 切应力最大的滑移系首先开动。
外力在滑移方向上的分切应力：
交滑移：螺位错在两个相交的滑移面上运动。 螺位错在一个滑移面上运动遇有障碍，会转动 到另一滑移面上继续滑移，滑移方向不变。滑 移线不平直，有转折和台阶，hcp几乎不发生 交滑移，fcc可以发生交滑移，最容易发生交 滑移的是bcc晶体(因滑移面多，可看到波纹状 线条) 交滑移在晶体的塑性变形中是很主要的。如果 没有交滑移，只增加外力，晶体很难继续变形 下去，只有发生断裂。
材料塑性变形
纤维状，故
变形之后，
力小，位错
而绕过障碍，
疲劳断裂，
织不敏感参组织的变化，包括：产生内应力、出现加工硬化、形成 纤维组织和流线（杂质和第二相的择优分布）、择优取向（织构）、等物理化学性能变化. 塑性变形后的组织变化 冷加工过程中，由于晶粒、杂质、第二相、缺陷沿着金属的主变形方向被拉长成纤维状，故 称为纤维组织.将冷加工后的金属进行腐蚀，那么沿着纤维方向就会出现一些平行的条纹， 称为流线.流线总是平行于主变形方向，可以用来推断金属的加工过程. 在金属中组织不均匀，如有枝晶偏析或夹杂物时，塑性变形会使这些区域伸长，这样在热 加工或随后的热处理过程中就会出现带状组织. 形成纤维组织后，金属纵向纤维方向的强度高于横向强度，因为在横断面上杂质、第二相 缺陷等脆性低强度组元的截面积小，而在纵断面（平行于纤维方向的断面）低强度组元的 截面面积很大.所以使纤维组织和流线与载荷的作用面垂直，可以改善零件受力. 金属变形时的亚结构变化：在塑性变形的过程中，位错在应力的作用下不断增值和运动， 随着变形度增大，位错密度不断升高，领先位错通过束集产生交滑移，因此在变形的过程 中产生的位错容易通过交互作用后缠结在一起。包围着一块位错很少的晶体形成胞状组织. 变形量越大，胞状组织数量越多，尺寸减小，跨越胞壁的平均取向差也逐渐增加. 加工硬化：流变应力随应变的增加而增加的现象就是加工硬化，一般来说金属冷变形之后， 其强度、硬度增加，塑性降低.可作为强化金属的方法，尤其是不能热处理强化的材料. 硬化行为可用硬化曲线即流变应力和应变曲线的关系表示.单晶体滑移阶段如下： Ⅰ易滑移阶段：应力较低，只在一个滑移系中发生単滑移，位错移动和增值的阻力小，位错 可以运动相当长的距离并打动晶体表面，滑移线细长、分布均匀.硬化率较低； Ⅱ线性硬化阶段：加工硬化率急剧上升，并接近于常数.产生了多滑移，运动中的位错彼此 交截，或者形成位错缠结，使位错的运动困难. Ⅲ抛物线硬化阶段：硬化速率逐渐降低.足够高的应力使螺位错可以通过交滑移而绕过障碍， 异号位错可以相互抵消，位错密度降低，硬化速率下降. 而实际上各晶体的加工硬化曲线与晶体结构类型、晶体位向、杂质含量有关： 面心立方金属：显示出典型的三阶段加工硬化特征；屈服极限低，硬化速率高，塑性好； 体心立方金属：高纯的，与fcc相似；含有杂质的，有一个特别的流动区，明显的屈服点； 密排六方金属：滑移系少，位错交截作用少，硬化率低，没有明显的三个阶段特征； 多晶体：由于晶界影响，没有易滑移阶段，加工硬化率高于单晶体；合金比纯金属硬化率更高 金属变形后的残余应力：冷加工过程中，外力所做的功，95％产热，5％以畸变能的形式 储存在晶体内部.由于内应力是在卸载后仍然保留在晶体内部的力，故又叫残余应力. 残余应力是由于变形不均匀引起的，根据不均匀区域的大小可分为： 宏观内应力（第一类）：塑性变形时工件各部分之间的宏观变形不均匀而产生的； 微观内应力（第二、三类）：晶粒甚至是晶胞范围相互平衡的拉应力和压应力. 残余应力的影响：①微观内应力是加工硬化的主要原因，所以冷加工过程需要多次退火； ②加速退火过程 ③应力腐蚀④表面预先存在的压应力对防止断裂有益.为了防止疲劳断裂， 可预先进行表面喷丸处理，由于试样和零件的断裂往往是在拉应力的作用下向里层扩展的 结果，表面压应力可以防止断裂. 织构：在多晶材料的塑性变形中，随变形度的增加，多晶体中原先任意取向的各个晶粒发 生转动，从而使取向趋于一致，形成择优取向，又称为变形织构.形变越大，择优取向越明显. 丝织构:在拉拔时形成，特征是各晶粒同一指数的晶向与拉拔方向平行或接近平行，用与 线轴平行的方向<uvw>表示； 板织构：在轧制时形成特征是各晶粒的同一指数晶面平行于轧制平面，而某一指数晶向平 行于轧制方向，用{hkl}<uvw>表示 用有织构的板材来深冲成型零件时，会因板材各方向的变形能力不同，使深冲出来的工件 边缘不齐，壁厚不均，这种现象称为制耳. 织构的应用：变压器用硅钢片沿<100>方向最易磁化，当采用具有这种织构的硅钢片制作 电机时，可以减少铁损，提高效率.
塑性变形文档
塑性变形引言塑性变形是一种材料的力学特性，指的是材料在应力作用下发生形状改变而不恢复原状的现象。
相比于弹性变形，塑性变形更具有永久性和不可逆性。
塑性变形在材料的加工和制造过程中起着非常重要的作用，同时也是材料力学研究的重要领域。
塑性变形的特点塑性变形的主要特点如下：1.永久性：塑性变形一旦发生，材料的形状将永久改变，不能通过去除外力来恢复原状。
2.不可逆性：与弹性变形不同，塑性变形是不可逆的，即一旦变形发生，材料无法自然地回到未变形的状态。
3.应力松弛：在塑性变形过程中，材料内部的应力会随着时间的推移而逐渐松弛，这是塑性变形的一个重要特征。
4.变形行为：塑性变形具有明显的屈服阶段、流变阶段和稳定阶段。
屈服阶段表现为应力与应变之间的非线性关系，流变阶段则表现为应力基本保持恒定，应变继续增加。
稳定阶段则表现为应力和应变逐渐趋于平衡。
塑性变形的影响因素塑性变形的发生受到多种因素的影响，主要包括：1.硬度：硬度是材料抵抗塑性变形的能力，硬度越高，材料越难发生塑性变形。
2.温度：温度对材料的塑性变形有重要影响。
通常来说，低温下材料的塑性变形能力较低，而高温下材料的塑性变形能力较高。
3.应变速率：应变速率是指材料在受力下的变形速度，高应变速率下材料更容易发生塑性变形。
4.晶界：晶界是晶体内部各个晶粒之间的边界。
晶界对材料的塑性变形有着重要影响，晶界的存在增加了材料的塑性，使其更容易发生变形。
塑性变形与材料加工塑性变形在材料加工和制造过程中发挥着重要作用。
下面以常见的金属材料加工为例来说明：1.铸造：在铸造过程中，液态金属会通过凝固而形成固态材料。
然而，在凝固过程中，金属会发生塑性变形，产生一定的应力和应变，这会导致铸件的几何尺寸和形状发生变化。
2.锻造：锻造是一种常见的金属加工方法，它是通过对金属材料施加一定的压力和变形，使其发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
锻造可以改变金属的晶粒结构和机械性能。
3.压延：压延是一种常见的金属加工方法，通过对金属材料施加轴向力和横向变形，使其发生塑性变形，从而得到所需的薄板或线材。
材料科学基础_材料的塑形变形
第三节
• • • • •
滑移的位错理论分析
滑移的实质是位错的运动 位错的增殖 位错的交割 位错的塞积 加工硬化
滑移的实质是位错的运动
大量的理论研究证明，滑移原来是由于滑移面上 的位错运动而造成的。图示例子表示一刃型位错在切 应力的作用下在滑移面上的运动过程，通过一根位错 从滑移面的一侧运动到另一侧便造成一个原子间距的 滑移。
滑移的实质是位错的运动
位错的滑移面就是晶体的滑移面，柏氏矢量的 方向就是晶体的滑移方向。为了使位错的能量较低， 在结构容许的条件下，尽量减小柏氏矢量，所以原子 的密排方向就成为了位错的柏氏矢量的方向。
位错的增殖
塑性变形的过程中，尽管位错移出晶体产 生滑移台阶，但位错的数量(位错密度)却在不 断的增加，这是因为在外应力作用下发生塑性 变形时位错会发生增殖。
3. 应变：物体形状尺寸所发生的相对改变。物体内部 某处的线段在变形后长度的改变值同线段原长之比 值称为“线应变”；物体内两互相垂直的平面在变 形后夹角的改变值称为“剪应变”或“角应变”； 变形后物体内任一微小单元体体积的改变同原单位 体积之比值称为“体积应变”。
变形过程
低碳钢的拉伸曲线如 图所示。 在应力低于弹性极限 σ e时，材料发生的 变形为弹性变形；应 力在σ e到σ b之间将 发生的变形为均匀塑 性变形；在σ b之后 将发生颈缩；在K点 发生断裂。
塑性变形过程－－颈缩
1. 颈缩：试样将开始发生不均匀的塑性变形， 产生了颈缩，即塑性变形集中在一局部区域 进行。 2. 特点：颈缩发生后，宏观表现为外力在下降， 工程应力在减小，但颈缩区的材料承受的真 实应力依然在上升。
3. 极限强度：材料开始发生颈缩时对应的工程 应力σ b ，这时试样出现失稳，颈缩真实应 力依然在上升，但能承受的总外力在下降。
材料性能_材料的塑性变形_
在Tg～ Tm温度范围内均可成颈 去除拉力，加热到Tm附近，形 变可部分回复
2. 晶态高分子材料塑性变形
位错
转向 定向排列
拉伸成颈：
拉伸成纤
球晶中片晶转变为沿应力方向排列成的微纤维束
高分子材料的塑性变形
非晶态高分子的屈服是正应力作用形成银纹和 切应力作用局部区域的无取向分子链成为有一 定规则排列的纤维组织的过程，
金属材料产生屈服的条件： 材料在屈服前可动位错密度很小或位错被钉扎； 塑性变形开始后可动位错密度急速增加； 位错运动速率与外加切应力存在强烈的依存关 系。
陶瓷材料是共价键或离子键，键合力较高，所 以陶瓷有较高的屈服强度，但脆性也很大。
高分子材料分子链间为范德华力，屈服强度低。
（1）晶体结构（晶格阻力）
8
滑移系越多，金属发生滑移的可能性越大， 塑性也越好，其中滑移方向对塑性的贡献比 滑移面更大。
滑移面密排程度高，滑移面上滑移方向个数 越多，材料塑性越好。
6
FCC
金属的塑性：fcc > bcc > hcp
哪个滑移系先滑移？
10
（2）滑移的临界分切应力定律（施密特定律）
当作用于滑移面上滑移方向的切应力分量τc（分切应 力）≥一定的临界值（临界切应力，决定于原子间结 合力），才可进行。
2-1 金属与陶瓷（单晶体）的 塑性变形机理
σb
B
σk
k
σ σ
s e
es
σp
P
ε
塑性变形的实质：在应力的作用下，材料内部 原子的相邻关系发生了改变，故外力去除后， 原子到了另一平衡位置，物体将留下永久变形。
2
单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为
正应力σ（垂直晶面）和切应力τ（平行晶面）。
塑变的主要机制
塑变的主要机制一、塑变的定义塑变（Plastic deformation）是指材料在外力作用下发生的永久性形变，而不恢复到原来的形态。
塑变是固体力学中的重要概念，也是材料工程和力学设计中的基础知识。
二、塑变的分类塑变可以分为弹性塑变和塑性塑变两种类型。
1. 弹性塑变：当外力作用消失后，材料能够恢复到原来的形态，不会发生永久性形变。
这种塑变主要是由于材料的弹性变形所引起的，其变形行为符合胡克定律。
2. 塑性塑变：当外力作用消失后，材料不能完全恢复到原来的形态，会发生永久性形变。
这种塑变主要是由于材料内部晶粒的滑移、位错的运动和塑性应变的积累所引起的。
三、塑变的机制塑变的机制主要包括滑移和扩散两种过程。
1. 滑移：滑移是材料中晶粒内部发生塑性变形的主要机制。
晶体中的原子通过沿着晶面的滑移面滑动，从而实现材料的塑性变形。
滑移的发生需要克服晶格间的位错阻力，因此材料的塑性塑变能力与位错密度有关。
2. 扩散：扩散是材料中原子的迁移过程，也是塑性变形的重要机制之一。
扩散可以使晶界发生滑移，从而引起材料的塑性变形。
扩散的速率受到温度、应力等因素的影响。
四、塑变在不同领域的应用塑变是材料工程中的重要研究方向，具有广泛的应用前景。
1. 金属加工：塑变是金属加工过程中的关键环节。
通过控制材料的塑变机制，可以实现金属的成形、锻造、轧制等加工工艺，制造出各种形状的零部件。
2. 材料强化：通过控制材料的塑变机制，可以实现材料的强化。
例如，通过晶界工程和位错控制，可以提高材料的强度和硬度。
3. 金属成型模具设计：塑变机制的研究对金属成型模具的设计和优化具有重要意义。
合理设计模具结构和选用适当的材料，可以提高模具的使用寿命和成形质量。
4. 塑性加工：塑变机制的研究对塑性加工过程的优化和控制具有重要意义。
通过研究材料的塑性变形行为，可以改善塑性加工的效率和成形质量。
总结：塑变是材料工程和力学设计中的重要概念，通过探索塑变的机制，可以实现材料的强化、金属加工的优化和塑性加工的控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。